第4章汽车控制系统

三亚学院理工学院第四章点火系统汽车电器与电子控制系统主讲：伍时和三亚学院理工学院第四章点火系统第四章点火系统三亚学院理工学院第四章点火系统点火系统的分类：(1)传统点火系统传统点火系统又称为机械触点式点火系统或蓄电池点火系统，它是利用机械开关(即触点的闭合和打开)来控制点火线圈一次电流的通断，从而完成点火工作的。(2)电子点火系统电子点火系统是利用半导体器件(如晶体管、晶闸管等)作为开关来控制点火线圈一次电流的通断，从而完成点火工作。传统点火系统结构简单，工作可靠，长期以来在汽车上得到广泛应用。但随着对汽车发动机燃油经济性和排放指标的要求越来越高，传统点火系统已无法适应现代发动机的点火要求，目前已逐渐被电子点火系统所取代。序言第四章点火系统三亚学院理工学院第四章点火系统第一节传统点火系统第二节普通电子点火系统第三节微机控制电子点火系统第四节微机控制无分电器点火系统第五节点火系统的使用与检测第四章第四章点火系统三亚学院理工学院第四章点火系统第一节传统点火系统1．基本组成1）.电源2）.点火线圈3）.分电器4）.火花塞点火开关、起动开关、蓄电池、发电机。低压和高压线圈。断电器、配电器、电容器等。三亚学院理工学院第四章点火系统1、组成1）、电源：包括电源及点火开关。12~14V发电机及蓄电池提供，点火开关用于接通和断开点火系统的电源。2）、点火线圈：将12V直流电源转变成15~20kV的高压电电源。3）、分电器：断电器、配电器、电容器和点或提前机构。断电器：接通及切断点火线圈一次电路。配电器：将点火线圈的高压按气缸顺序分配送到各个气缸的火花塞；电容器：与断电器的触点并联连接，用以减小断电器触点分开时产生的火花，延长触点寿命，提高二次高压输出电压。4）、火花塞：通过分配器与点火线圈的高压侧连接，将高电压引入到气缸内部，产生高压放电点燃气缸内的混合气体。一、传统点火系统的组成及工作原理第一节传统点火系统三亚学院理工学院第四章点火系统第一节传统点火系统2．工作原理（1）功能是将12伏的直流电源电压转变成瞬时电压达到15~20kV的电压源。发动机起动时，断电器的凸轮在分电器轴的驱动下而旋转，交替的将触点接通与断开。触点接通时，线圈有电流流通，高压线圈存储磁能，电容迅速放电为零。断开时，一次电路被切断，使得铁心磁场产生较大的突变，使得一次和高压线圈度产生感应电动势，由于高压线圈的匝数比低压线圈多得多，所以产生的感应电动势也大得很多，可以达到15kV~20kV,高压使得火花塞击穿，产生点火火花。i21、2共用三亚学院理工学院第四章点火系统第一节传统点火系统2．工作原理（1）触点接通LtRBLeUdtLdie/约为20V，u2=1.5~2kV三要素法求iL三亚学院理工学院第四章点火系统第一节传统点火系统2．工作原理（2）触点断开此时，一次绕组储存的磁场能(J)为11CLLWWi转变成不能突变，由于iRueUCLB211max121UCWc及WC2。2max22221UCWc三亚学院理工学院第四章点火系统第一节传统点火系统2．工作原理max22212212])[(UCCNNLIp代入2．工作原理（2）触点断开nztbb120三亚学院理工学院第四章点火系统第一节传统点火系统2．工作原理（3）、火花塞电极间的放电过程，包括电容放电和电感放电的过程。当二次电压达到火花塞的放电电压Uj时，一般略小于C2电容电压最大值U2max，火花塞的中心电极与接地电极——“气缸体”，击穿放电，产生火花，点燃气缸内的混合气体。在二次侧产生电流i2，二次侧电压下降，如图图4-4b、c，电容存储的能量释放，这一过程为电容放电过程。火花产生后，气缸内的电阻降低，放电电流从大向小的方向变化，使得电感线圈存储的能量释放，这一过程为电感能量的释放过程，如图4-4d。若C2的容量足够大，电容放电电流可达几十安培。三亚学院理工学院第四章点火系统第一节传统点火系统二、影响二次电压的因素1、系统的工作特性z—汽缸数指U2max随着发动机转速变化的规律。)(max2nfU成正比关系与pIUmax2Ip正比于充电时间tb，nztbb120n—转速τb—触点闭合时间与触点闭合周期之比。注意：汽车每次点火是两缸两缸同时点火。])/[()1(21221120max2CCNNLeRUUznLRbnzTb120显然，二次电压随着转速的升高而降低，iP随时间的增加而增大，转速上升，充电时间减小，使得IP下降，U2max也下降。三亚学院理工学院第四章点火系统第一节传统点火系统二、影响二次电压的因素2、影响二次电压的其他因素指U2max随着发动机转速变化的规律。成正比关系与pIUmax2Ip正比于充电时间tb，nztbb120（1）发动机的汽缸数。（2）火花塞积碳。相当于火花塞并联一个电阻，使得二次则形成一个闭合放电回路，使得磁能降低，U2max下降，严重时，可以造成低于火花塞跳火，引起停机。（3）点火线圈温度。一次侧电阻增加，IP下降。三亚学院理工学院第四章点火系统三、传统点火系统的构造1．点火线圈（1）开磁路点火线圈第一节传统点火系统三亚学院理工学院第四章点火系统第一节传统点火系统开磁路式点火线圈的磁路三亚学院理工学院第四章点火系统第一节传统点火系统（2）闭磁路式点火线圈磁路闭合回路三亚学院理工学院第四章点火系统第一节传统点火系统2．分电器图4-11分电器的构造l—分电器盖2—分火头3一断电器凸轮和离心调节器横板4一分电器盖弹簧夹5一断电器活动触点臂弹簧及固定央6一固定触点及支架7一调整螺钉8一接头9一弹簧10一真空点火提前调节器膜片1l一真空点火提前调节器外壳12一拉杆13一油杯14一固定销及联轴器15一联轴器钢丝16一联轴器17一离心调节器底板18一离心调节器弹簧，19一调节器重块20一拨板21一断电器底板22一真空调节器拉杆销及弹簧23一电容器24一油毡25一断电器接线柱26一分电器轴27一分电器外壳28一中心电极29一分高压线插孔30一中央高压线插孔（1）配电器返回三亚学院理工学院第四章点火系统第一节传统点火系统（2）断电器2．分电器动作特点：凸轮的凸点出断开，平坦处闭合。三亚学院理工学院第四章点火系统图4.13电容器，1一蜡纸，2—铝箔，3一外壳，4一引出线。第一节传统点火系统（3）电容器电容器安装在分电器的壳体上，采用纸质电容器结构，一个电极引出线与二次侧连接，另一个电极与外壳相连，构成接地电极。三亚学院理工学院第四章点火系统第一节传统点火系统2、分电器图4—14真空式点火提前机构工作原理图a)节气门开度小，b)节气门开度大，l一分电器壳体，2一活动底板，3一触点副，4一拉杆，5一膜片，6一弹簧，7一真空连接管，8一节气门，9一凸轮。（4）点或提前机构1）离心式提前机构图4-112）真空式点火提前机构3）辛烷选择器：逆着凸轮旋转方向转动分电器壳体，点火提前角增大。反之，则减小。三亚学院理工学院第四章点火系统第一节传统点火系统3．火花塞作用：将高压电压引入到发动机的燃烧室，在电极的间隙中产生高压放电火花，点燃混合气体，引起爆发。三亚学院理工学院第四章点火系统第二节普通电子点火系统一、概述1．传统点火系统存在的问题（1）火花的能量受到限制。点火能量受到发动机转速的限制，不适合现代汽车的要求。（2）触点故障多，寿命短。触点动作过程中，存在火花放电容易造成火花烧蚀。发动机高速运转时，触点会产生颤动、“会跳”状况，使得闭合时间缩短，影响活化能量，引起高速失火。（3）对火花塞积碳和污染敏感。火花塞积碳时，磁场能量会造成损失，使得二次侧电压下降。三亚学院理工学院第四章点火系统2．电子点火系统的优点第二节普通电子点火系统1）无机械触点的连接或一次电流不流经触点，无触点氧化等问题存在。电流增大5~7A，二次侧电压30kV。2）电磁能量得到充分的利用，高压电压形成迅速，火花能量大。无触点连接，降低能量损失，使得火花能量增大。高压形成很快（80~100μs）。3）减小火花塞积碳的影响。电极间隙1.1~1.2mm，在积碳电阻达到100kΩ,还能可靠点火。4）点火时间准确，使得混合气体燃烧完全，提高燃料利用效率。低耗油，节能。5）电磁干扰小，结构简单，重量轻，体积小，保养维修方便。三亚学院理工学院第四章点火系统3．电子点火系统的种类第二节普通电子点火系统（1）点火装置有无触点分类：触点式电子点火，无触点电子点火。（2）按点火能量存储方式分类：电感存储能量式，电容存储能量式电子点火装置。（3）按点火提前角分类：普通电子点火系统，微机控制电子点火系统。普通电子点火系统：提前角由机械控制。微机电子控制点火系统：提前角由发动机的电子控制单元(ECU)完成。三亚学院理工学院第四章点火系统第二节普通电子点火系统二、电容放电式电子点火系统(CDI)1．组成与基本原理图4．16电容放电式点火系统l一直流升压器，2一晶闸管，3一分电器，4一火花塞，5一触发器，6一点火线圈，7—储能电容器，8一振荡器。三亚学院理工学院第四章点火系统第二节普通电子点火系统二、电容放电式电子点火系统(CDI)优点：1）电容充电、放电时间短，可控硅的开关速率高（5~10μs）二次侧的输出电压受发电机的转速影响小。10000r/min（四缸），5000r/min（八缸）下能够可靠工作。2）产生火花时间是在一次侧电容放电状态时发生，能量利用率高。缺点：1）放电时间短5~10μs，不能保证混合气体可靠的完全燃烧。2）二次侧的电流上升速率较高，易对无线电设备工作产生影响。2．优点与缺点应用：汽油机稀薄燃烧和代用燃料发动机的高能量点火系统。发展前景：与霍尔效应传感器配合，利用微机控制，发展成顺序多次点火装置以克服电容式点火装置存在的缺点。3．电容放电式电子点火系统的发展前景三亚学院理工学院第四章点火系统第二节普通电子点火系统三．电感储能式电子点火系统1．磁感应式电子点火系统的组成2）分电器总成3）信号发生器4）点火开关5）点火线圈6）点火器7）蓄电池1256743三亚学院理工学院第四章点火系统第二节普通电子点火系统1．磁感应式电子点火系统三亚学院理工学院第四章点火系统1．磁感应式电子点火系统(1)．信号发生器信号转子由分电器轴带动旋转，当出现如图位置时，磁路最短，气隙最短，线圈5产生的感应电动势最大（绝对值）；当信号转子旋转至线圈磁极落在两个凸齿中间时，产生的感应电动势最小（绝对值）。凸齿向着线圈磁极靠近时，感应电动势上升并达到正的最大值，后降低到零。凸齿离开线圈磁极运动时，线圈感应电动势反向增加并达到负的最大值，然后反向减小到零。dtdLe感应电动势第二节普通电子点火系统三亚学院理工学院第四章点火系统dtdLe第二节普通电子点火系统1．磁感应式电子点火系统1)．a),磁阻最大，磁通最小，线圈感应电动势为0。b),磁阻最沿减小方向变化，磁通增加变化到b位置时变化率最高，线圈感应电动势为向正的方向增加，并达到最大。c),磁阻最小，磁通最大但变化率最为0，线圈感应电动势为0。d),磁阻增加，磁通最小，线圈感应电动势向负的方向增大，且变化率最大，感应电势最大。感应电动势三亚学院理工学院第四章点火系统第二节普通电子点火系统1．磁感应式电子点火系统信号线圈的输出电压波形：A—a位置的感应电势，B—b位置的感应电势，C—c位置的感应电动势，D—d位置的感应电动势。dtdLe感应电动势三亚学院理工学院第四章点火系统第二节普通电子点火系统1．磁感应式电子点火系统(2)．电子点火系统三亚学院理工学院第四章点火系统1．磁感应式电子点火系统第二节普通电子点火系统1)发动机未工作时．信号输出为0，晶体管VT2工作于导通状态，VT3截止，VT4、VT5导通，一次线圈有电流流通，工作于储能转态。(2)．电子点火系统2)发动机工作时．信号转子由A向B运动时，信号输出为正信号，晶体管VT2仍然工作于导通状态，VT3截止，VT4、VT5导通，一次线圈有电流流通，工作于储能转态。3)发动机工作时．信号转子由C向D运动时，